摘要：在我國農(nóng)村南方太陽能沼氣能已廣泛推廣應用，在北方沼氣能受地溫影響、太陽能受大氣質(zhì)量緯度影響，應用范圍有限，為從根本上解決寒冷地區(qū)千家萬戶的能源問題，提出“采用光---熱轉換重質(zhì)傳導和輕質(zhì)傳導”兩種方式解決寒冷地區(qū)冬季地溫低的問題，具有一定的社會效益，環(huán)境效益和生態(tài)效益的重要意義。

　　關鍵詞：太陽能 沼氣能 開發(fā)利用

　　環(huán)保清潔能源，“太陽能、沼氣能”開發(fā)前景廣闊，是國家《能源法》認定的新能源，在北方廣大地區(qū)由于沼氣能受地溫影響冬季產(chǎn)氣量小或者不產(chǎn)氣。太陽能受大氣質(zhì)量，緯度影響，穩(wěn)定性差，應用范圍有限，制約了寒冷地區(qū)自然能源的開發(fā)和利用。

　　新研制開發(fā)的“采用光---熱轉換，重質(zhì)傳導和輕質(zhì)傳導”兩種方式是通過熱交換產(chǎn)生太陽能，利用太陽能給沼氣池加溫，解決寒冷地區(qū)冬季地溫低的問題。再利用生物質(zhì)能(如農(nóng)作物桔桿、有機垃圾、動物糞便等)進行氣化熱解，通過微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。同時利用太陽能、沼氣能兩種能源互補，徹底解決寒冷地區(qū)冬季產(chǎn)氣量小或不產(chǎn)氣問題。使鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，養(yǎng)殖業(yè)和生活垃圾得到環(huán)保處理利用，又能解決鄉(xiāng)村居民取暖、做飯和生活所需用的環(huán)保能源，代替用原煤、桔桿、木材、液化氣取暖，做飯等生活能源。該項目已申報國家專利(申請?zhí)?00720003766.0)。

　　一、 項目研究的意義和必要性

　　能源和環(huán)保是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的基礎，再生能源和清潔能源的供給能力，密切關系著國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，是國家倡議安全保障的基礎之一。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，也是一個能源消耗大國，近年來一直保持能源消耗量每年7.5億噸油當量，僅次于美國，成為世界第二個能源消耗大國。到本世紀中，我國全面達到小康水平時，一次能源的消耗量將達到30多億噸油當量。然而目前我國人均一次能源的消耗量不到美國1/18，僅為世界平均水平的1/3。與世界一次能源構成不同的是我國以煤為主，煤占一次能源的比例為63.6%，由于煤的高效，潔凈利用難度大，在使用過程中已對人類的生存環(huán)境帶來嚴重的污染。另一方面我國人均能源資源嚴重不足，人均石油儲量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭儲量僅為世界平均值的1/2。預計到2010年我國石油供需缺口1億噸，天然氣缺口400億立方米。因此，開發(fā)自然潔凈能源和再生能源已成為必然的課題。因此清潔能源的開發(fā)利用對建設社會主義新農(nóng)村，提高農(nóng)民生活水平，具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。

　　三、我國沼氣能源和太陽能開發(fā)利用的現(xiàn)狀

　　在我國，太陽能和沼氣能雖然已有多年開發(fā)先例，但是由于受地區(qū)、緯度、大氣質(zhì)量的直接影響，使用利用率較低。首先提起太陽能，其轉換利用方式有光---熱轉換，光---電轉換和光化學轉換，但它的缺點是分布不均，受大氣質(zhì)量韋度影響大，能量變化大、穩(wěn)定性差，如陰天幾乎無效率，所以采用太陽能為主要能源時還須配有其它能源做為輻助能源。目前在寒冷地區(qū)應用的范圍只能做為洗浴等生活用水。其次是沼氣能源，沼氣能稱生物質(zhì)能，以農(nóng)林廢棄物，桔桿，動物糞便等為原料，通過微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性氣體。生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟效益高，在我國南方地區(qū)廣泛使用。但是我國的東北、西北寒冷地區(qū)受氣溫影響，產(chǎn)氣量低，甚至冬季不產(chǎn)氣。試驗表明：當池溫在15℃以上時，每立方米沼氣池產(chǎn)氣率每天可達0.1-0.2立方米;池溫在10℃以下時，沼氣發(fā)酵受到嚴重抑制，產(chǎn)氣率每天僅為0.01立方米左右。由此可見，東北地區(qū)農(nóng)村家用沼氣池在池溫15℃以上的時間只有6月中旬到10月下旬，其它時間產(chǎn)氣量小或不產(chǎn)氣。寒冷地區(qū)要達到冬季大量產(chǎn)氣并解決取暖問題必須采取科學的手段，將可利用的太陽能技術同沼氣生物技術有機的結合起來，推動我國農(nóng)村沼氣能和太陽能的合理開發(fā)利用。

　　四、項目的先進性和創(chuàng)新點

　　本項目的開發(fā)技術方案在國內(nèi)尚屬首例，其創(chuàng)新點表現(xiàn)在：根據(jù)太陽光---熱轉換原理，通過太陽能接收系統(tǒng)利用介質(zhì)將熱能傳遞給予沼氣池，無需加入輔助能源。使池溫至最佳產(chǎn)氣的范圍內(nèi)，在北方冬季可使沼氣池溫度升高至35℃以上，每立方米沼氣池日產(chǎn)氣量達到1.2立方米以上，用沼氣做飯和沼氣爐加熱進行取暖。根據(jù)太陽能沼氣能兩種能源不同交差優(yōu)缺點，經(jīng)過操作太陽能和沼氣能、即可單獨運行，也可以同時進行，使其能源互補交換出最大熱量，用于取暖和生活用熱水。工藝流程見下圖：

　　綜上所述，本項目研究開發(fā)可達到的目標如下：確立標準化的生產(chǎn)模式，面向廣大農(nóng)村推廣應用，在項目開發(fā)中使用專利技術轉化為生產(chǎn)力。以循環(huán)經(jīng)濟為指南，完善每個環(huán)節(jié)科技手段，降低生產(chǎn)成本，將能源利用轉化過程細化。制定企業(yè)標準，工流程，完善能源裝置的自動化控制系統(tǒng)，如壓力、溫度傳感器，氣敏報警系統(tǒng)，使裝置安全經(jīng)濟可靠運行。項目實施后，將該項能源技術，“太陽能沼氣裝置”推向商品化、為廣大農(nóng)村提供新的能源，為新農(nóng)村建設貢獻力量。

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